NL1028423C2 - Productiemethode van zonnecellen. - Google Patents

Description

PRODUCTIEMETHODE VAN ZONNECELLEN.

De uitvinding heeft betrekking op een methode om kristallijnen zonnecellen te 5 produceren in een continu of discontinu proces.

De huidige productie van zonnecellen is een discontinu proces waarbij in een gewenste atmosfeer silicium wordt gesmolten en hierna in een vat door afkoeling uitgekristalliseerd tot een staaf silicium. De aldus verkregen staaf 10 kristallijn silicium wordt in plakken gezaagd en over het algemeen worden deze plakken silicium op een glasplaat aangebracht waarbij de nodige geleidingsdraden worden aangebracht om de elektrische stroom af te voeren.

Het warme bad silicium mag nauwelijks ongewenste sporen elementen bevatten 15 die de werking van de zonnecel nadelig beïnvloeden hetgeen leidt tot dure staven kristallijn silicium.

Van de staven silicium worden nu plakken gezaagd die in feite veel te dik zijn voor een optimale werking van de zonnecel. Dit materiaalverlies wordt nog 20 verhoogd door de dikte van de zaagsnede.

De uitvinding stelt zich ten doel om de genoemde bezwaren en nadelen te vermijden, respectievelijk op te heffen.

25 Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt door in een gewenste atmosfeer gezuiverde silicium te smelten en deze vloeistof met een aangepaste druk als een soort extrusie uit een of meer spleten te laten komen die worden gevormd door het op een kleine afstand stapelen van vlakke bij voorkeur keramiekplaten die na omkering van een gesloten verwarmingsvat in de bodem van het vat 30 kunnen zitten zodat het vloeibare silicium er uit wil lopen en wel zodanig dat het silicium in deze spleet of spleten wordt gekoeld en dan als een dunne band of banden amorf silicium of reeds als uitgekristalliseerd silicium de spleet of spleten verlaten om hangend in een gewenste gasvormige atmosfeer verder af te koelen en uit te kristalliseren zonder enig voorwerp aan te raken.

1 0 2 8 4 2 3 2

Door aanpassing van het koel traject in of na de extrusiespleten kunnen de kristal dendrieten loodrecht op de silicium banden staan ofwel in de lengterichting omdat de dendrieten tegengesteld aan de koelrichting aangroeien 5 met het resultaat een ongelijk rendement van de zonnecel. Bij voldoende lengte van al de extrusiespleten kunnen de silicium banden naar elkaar worden gedrukt of geblazen en in pakketjes worden afgeknipt en weggelegd.

Andere kenmerken en voordelen van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de 10 hierna volgende beschrijving waarbij verwezen wordt naar de bijgevoegde tekeningen. Hierin is:

Fig. 1 een schematische voorstelling van een verticale doorsnede van een draaibaar opgehangen smetvat tijdens het verhitten.

15

Fig. 2 een schematische voorstelling van een verticale doorsnede over een omgekeerd smeltvat waarbij vloeistof door spleten het vat verlaat.

Fig. 3 een schematische voorstelling van een verticale dwarsdoorsnede 20 over een smeltinrichting om in een continue proces silicium plaatjes te produceren.

In fig. 1 is schematisch een voorstelling weergegeven van een verticale dwarsdoorsnede over een draaibaar om de assen 1 en 2 opgehangen smeltvat 25 3 met silicium 4, dat wordt verhit door een stroomdraad 5, dat wordt gevoed via de aansluitingen 6 en 7 buiten de kamer 8 waarin een gewenste druk en atmosfeer heerst. Het smeltvat 3 is boven voorzien van een soort deksel 9 waarin één of meerdere sleuven 10 zijn aangebracht die een aangepaste doorsnede hebben terwijl de sleuflengte overeenkomt met de gewenste 30 zonnecel breedte.

Als het silicium 4 in het smeltvat 3 is gesmolten waarbij eventuele ongerechtigheden boven zijn gaan drijven, wordt het smeltvat 3 gedraaid met behulp van een tandwiel 11, dat via een tandheugel 12 wordt aangedreven bijvoorbeeld een lineaire elektromotor 13.

1 0 ? ft 4 ? J

3

In fig. 2 is schematisch een voorstelling weegegeven van een verticale dwarsdoorsnede over een omgekeerd smeltvat 14 waarbij het vloeibare silicium 15 door de spleten 16 het vat 11 verlaat mede doordat in de ruimte boven het 5 vloeistof 17 een hogere gasdruk wordt aangelegd dan de druk in de ruimte 18 om het smeltvat. Terwijl het vloeibare silicium door de spleten 10 loopt wordt deze gekoeld dank zij de koelribben 19 waar het gas langs stroomt met behulp van een ventilator 20 terwijl het gas met een gewenste samenstelling wordt gekoeld door koelspiralen 21 die in de ruimte 18 zijn aangebracht. Als de 10 silicium banden 22 de spleten 16 verlaten kunnen deze nog in een amorfe tussenfase of reeds uitgekristalliseerd zijn in afhankelijkheid met de spleettoevoer en de mate van afkoeling van de spleten 16 die evenwijdig van vorm of een kleine wighoek kunnen hebben. Bij het omlaag zakken van de silicium banden 22 worden deze verder afgekoeld en eventueel verder 15 uitgekristalliseerd door de circulerende gasstroom binnen de ruimte 18.

De koelengte van de siliciumbanden 22 wordt mede bepaald door de gewicht sterkte verhouding van het hete silicium. Onder in de ruimte 18 is een op opvang 23 die de hangende siliciumbanden 22 naar elkaar brengt al of niet door de banden eerst naar elkaar toe te blazen waarna de banden in de ruimte 24 20 alwaar de banden op een gewenste lengte worden gebroken of afgeknipt door een mes 25 aangedreven door een druktoevoer 26 die er tevens voor zorgt dat het pakketje silicium plaatjes wordt weggeschoven naar een tussenopslag 27 gesteund door 28.

De nu geproduceerde plaatjes silicium met minimaal materiaal verbruik worden 25 verder verwerkt tot zonnecellen overeenkomstig de gezaagde plakken silicium met het verschil dat de plaatjes 22 gladder worden en de kristalstructuur veel fijner zal zijn terwijl de dikte van de geëxtrudeerde en gerekte plaatjes veel dunner kan zijn waardoor het rendement van de zonnecel hoger zal zijn. Door de geringe plaatjesdikte zijn deze beter geschikt voor duplo en triplo cellen, zelfs 30 vier of vijf plaatjes op elkaar om cellen met een zeer hoog rendement te vervaardigen.

In fig. 3 is schematisch een voorstelling weergegeven van een verticale dwarsdoorsnede over een smeltinrichting om in een continu proces silicium 1 0 2 8 * ? 3_ _ 4 plaatjes te produceren. In het smeltvat 28 wordt silicium met de gewenste samenstelling verhit door de stroomdraad 30 waarbij de onderafvoer 31 met een afsluiter 32 is afgesloten en de ruimte 33, na het vullen wordt afgesloten met een deksel 34 waarna de ruimte 35 wordt gevuld met gas met gewenste 5 samenstelling en druk. Periodiek wordt de afsluiter 32 geopend zodat de onderliggende ruimte 35 kan worden bijgevuld en op een gewenste temperatuur gebracht of gehouden met behulp van de stroomdraden 30 aangebracht in de wand van het vat 37, dat op dat moment onder dezelfde gasdruk staat als de ruimte 33.

10 Als het niveau in de ruimte 33 voldoende is gedaald wordt de afsluiter 32 gesloten en kan de zonodig afsluiter 38 worden geopend om de bovenste laag van het vloeibare silicium waarin relatief veel ongewenste stoffen in zitten worden afgetapt via de afvoer 39 waarna de ruimte wordt bijgevuld met te smelten silicium.

15 Het vloeibare silicium verlaat de ruimte 35 in een continu stroom door de spleten 40 die in hoogte evenwijdig of wigvormig kunnen zijn en in de spleet gekoeld met behulp van de koelvinnen 41 die op hun beurt worden gekoeld door de koelspiralen 42 en de gascirculatie die in stand wordt gehouden door de ventilator 43 terwijl het geheel is ondergebracht in de ruimte 44. De silicium 20 banden 45 kunnen een geringe dikte hebben door de kleine spleetdikte 40 en het rekken na het verlaten van de spleten voordat de banden uitkristalliseren tijdens de afkoeling. De banden 45 verlaten de ruimt 44 via de tapse openingen 45 om bij een gewenste lengte te worden opgedeeld in plaatjes voor zonnecellen.

25 30 1 0 2 R 4 ? 3

Claims (8)

1. Werkwijze voor het produceren van siliciumplaatjes uitgaande van vast silicium met de gewenste zuiverheidsgraad, waarbij het vast silicium wordt gesmolten, met het kenmerk, dat het gesmolten silicium vertikaal naar beneden wordt geëxtrudeerd in een ruimte met een gecontroleerde 10 atmosfeer, en de aldus gevormde baan na afkoeling wordt gescheiden tot afzonderlijke plaatjes.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de extrusie uitsluitend door zwaartekracht plaatsvindt. 15

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het smelten plaatsvindt in een gecontroleerde atmosfeer.

4. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat 20 de extrusie kracht wordt geregeld door de lengte van de naar beneden uitstekende baan te regelen.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de geëxtrudeerde baan reeds tijdens het extruderen worden gekoeld. 25

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de gevormde plaatjes ten minste tijdelijk nog worden bewaard in gecontroleerde omstandigheden.

7. Inrichting voor het uivoeren van de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, omvattende een verwarmbare kamer voor het smelten van silicium, met het kenmerk, dat de kamer een zijde heeft voorzien van extrusie openingen en de kamer verdraaibaar is tussen twee standen een eerste stand waarbij de extrusie openingen naar boven 1028423 zijn gericht en een tweede stand waarbij de extrusieopeningen naar beneden zijn gericht.

8. Inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens een der conclusies 5 1 tot 6, omvattende een verwarmbare kamer voor het smelten van silicium, met het kenmerk dat een tweede kamer is aangebracht die is voorzien van tenminste één extrusie-opening en dat de tweede kamer kan worden verbonden met de verwarmbare kamer. 10 15 20 25 30 35 40 45 1 n 9 fi A 9 7 i